2019年世界前沿科技发展态势及2020年趋势展望——先进制造篇
本文为春节专题文章——“年度科技发展态势总结与展望”的第五篇先进制造篇。
世界先进制造领域2019年发展态势
多国出台新政策和规划，力促先进制造业发展。美国发布未来工业发展规划，提出重点发展人工智能、先进制造业、量子信息科学和5G技术，并计划采取系列措施减少创新监管障碍，确保美国能够主宰未来工业，促进繁荣和保护国家安全。德国发布《国家工业战略2030》，提出对经济至关重要的九大关键领域进行重点扶持，旨在提高工业产值，保证德国工业在欧洲乃至全球的竞争力。日本发布《制造业白皮书2018》，建议在制造业采用人工智能等技术，将工匠的生产技能数字化，加紧实现技术传承，促进员工高效学习、掌握先进技能。
机器人技术迭代加快，市场规模稳中有进。2019年，全球机器人基础与前沿技术迭代迅速，主要围绕人工智能、人机协作和仿生结构展开。美国人工智能研究组织OpenAI的机器手Dactyl采用强化学习模式，具有自学习特性，无需特定任务编程和频繁人工干预，在4分钟内成功还原三阶魔方，向真正的人工智能机器人迈进了一步，未来或将自动适应各种场景，处理各类实际任务。麻省理工学院开发出一种新型机械臂系统Roboraise，可通过附着在人类二头肌、三头肌上的非侵入性肌电图传感器跟踪肌肉活动，对人类手臂动作实时复制，与人类实现无缝配合。美国波士顿动力公司人型机器人Atlas性能大幅提升，可完成倒立、翻滚、360°水平跳转等复杂体操动作，且能够在狭窄、崎岖的复杂地形中实现自主导航，有望在灾难救援中发挥重要作用。
3D打印技术与设备持续创新，更加注重高效与安全。中美高校合作开发出纳米级飞秒投影双光子光刻3D打印技术，能够在不牺牲分辨率的情况下实现微小结构的高速制造，速度比已有的双光子光刻技术快1000倍。美国北卡罗来纳大学研发出可一次性打印完整物体的3D打印系统，无需像常规设备逐层打印，比传统的3D打印更灵活，打造出来的结构表面也更光滑。美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室和加州大学开发新技术，能将金属3D打印的残余应力降低90%，可大幅提升金属3D打印零件机械性能。美国伊利诺伊大学芝加哥分校开发出无需支架即可3D打印生物组织的新技术，有助于解决生物3D打印中支架降解时机难把握、降解产生有毒副产品等问题。
5G赋能智能制造，与工业融合成为重要趋势。瑞典爱立信与ABB合作推动5G网络切片（Network Slicing）在汽车、电子等垂直行业的合作标准制定和应用服务，以期通过5G和工业互联网提高工厂自动化程度。日本欧姆龙、芬兰诺基亚、日本移动通信运营商NTT DOCOMO达成合作协议，将在欧姆龙公司进行5G技术试验，打造未来工厂。英国在伍斯特市的博世工厂中开启首次5G工厂试验，旨在利用5G技术提高产量，并通过物联网传感器和数据分析确定潜在故障，提前制定预防性维护措施。
世界先进制造领域2020年趋势展望
机器人技术应用落地，与各领域融合不断深入。美海军拟在2020年采购外骨骼机器人“Guardian XO”，该机器人采用电池供电，无电线电缆束缚，能实现完全独立运行，运行功率不到400瓦，使用时间长达8小时，其佩戴者可提起200磅的重物。美国波士顿动力公司首批1000个Spot机器人将于2020年夏季交付客户，该机器人具备自主导航功能，将在建筑、快递、安全和家庭4个领域实现应用。美国加州大学伯克利分校开发出低成本工业机械臂Blue，重量仅为8.7千克，连续有效载荷为2千克，具有7个自由度，在工作时能够感受外力，并随之调整力度，该机械臂成本仅为3000美元，预计量产版将在2020年开售。
政策与技术双重支持，促进自动驾驶汽车发展。日本《道路运输车辆法》修正案将于2020年5月起实施，该法案规定了自动驾驶安全标准，为2020年实现3级自动驾驶实用化做准备。日本相关企业也在加快技术开发，预计2020年实现高速公路自动驾驶的实用化。特斯拉自研的自动驾驶芯片，可快速处理大量图像和视频，性能较之前版本提高20倍，有效降低耗能，节约成本，已开始逐步安装至特斯拉车辆。丰田汽车将于2020年7月~9月，面向东京都内大众提供自动驾驶试验车TRI-P4的同乘体验。英特尔子公司Mobileye拟于2020年在以色列展开 “自动驾驶出租车”的试点服务。
智能工厂建设推进，助力企业智能转型。日本发那科将投资约15亿元人民币，利用IoT、AI等智能制造技术，在上海建设集生产、研发、展示、销售、系统集成与服务为一体的机器人超级智能工厂。诺基亚在芬兰建造了一座“未来智能工厂”，已运用4G LTE网络使某些产线的自动化率达到约99%，未来还将逐步升级到5G连接。美国普惠公司启动互联工厂试点项目，将构建数字化环境，以使整个运营过程实现端到端的可视化，优化物料流转，提高设备利用率，进而提高生产力，快速、低成本地向客户交付高质量产品。
人工智能与制造业加速融合。中国机器人智能物流公司Geek+，将人工智能和机器人技术赋能物流仓储行业，开发出基于“极智云脑”的柔性无人仓整体解决方案，优化拣选、搬运、分拣等仓储物流环节，提高仓库效率，降低人工成本及劳动强度。美海军研究署支持开发的增材制造机器学习软件Senvol ML已在海军、国防后勤局等实现应用。该软件可通过数据驱动的机器学习算法获取工艺参数、特征、材料属性、机械性能之间的量化关系，结合加工设备条件及产品要求，无需试验或试错即可直接确定适合的增材制造工艺参数，节省大量时间和成本。德国卡尔斯鲁厄技术学院正在开发一种基于人工智能的敏捷生产系统，采用特殊的学习算法，可充分利用人工智能和已有技术知识进行自主学习，动态响应制造需求并确定最佳解决方案。该研究项目由卡尔蔡司基金会资助，将持续到2024年2月。
作者简介
张宇，国务院发展研究中心国际技术经济研究所 研究一室 研究助理
研究所简介
国际技术经济研究所（IITE）成立于1985年11月，是隶属于国务院发展研究中心的非营利性研究机构，主要职能是研究我国经济、科技社会发展中的重大政策性、战略性、前瞻性问题，跟踪和分析世界科技、经济发展态势，为中央和有关部委提供决策咨询服务。“全球技术地图”为国际技术经济研究所官方微信账号，致力于向公众传递前沿技术资讯和科技创新洞见。
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